JP2002005952A

JP2002005952A - 加速度センサー

Info

Publication number: JP2002005952A
Application number: JP2000186524A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Baba; 啓之馬場; Noriyuki Murata; 紀行村田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2002-01-09

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的簡単な構造で、特に周波数の高い共振
周波数ｆｏ近傍を使用する場合に大きな効果を得ること
ができる、高感度で、かつ安定した耐振性を有する温度
特性に優れた低価格で高性能の加速度センサーを提供す
ること。【解決手段】圧電素子１３を接着した振動板１２を支
柱１５ａにより支持する金属ベース１５と、この金属ベ
ース１５を溶接して圧電素子１３および振動板１２を収
装する振動空間Ｖを画成する固定用ケース１１と、圧電
素子１３の電極１４に接続した接続ピン１７を金属ベー
ス１５の外側まで引き出して外部コネクタと接続可能に
配設するコネクタ１６とによりケースを構成し、ケース
としての共振周波数を圧電素子１３および振動板１２の
振動体としての共振周波数の略３倍以上に設定するとと
もに、コネクタ１６の素材として曲げ弾性率が８×１０
³（Ｍｐａ）以上かつ対数減衰率が８（１／ｓ）以上の
材料を選定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加速度センサーに
関し、詳しくは、圧電素子を振動板に固設してケース内
に収装する状態で加速度を検出するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、実用化されている加速度セン
サーとしては、電磁型、圧電型、半導体型等の種々の方
式により加えられた加速度を検出するものが知られてお
り、そのうちの圧電型にあっては、圧電素子が屈撓する
ことによって加えられた加速度を検出するものがある。
このような加速度センサーは、特に車載用等に多用され
ており、ノッキング制御やエアバッグ制御などに必要な
加速度を検出する。

【０００３】この種の圧電型の加速度センサーとして
は、例えば、図７に示すようなもの（第１従来例）があ
る。この加速度センサー１００は、枠形状に形成した金
属製の固定側ケース１０１の底面中央に支柱１０１ａを
一体に立設して、図８に示すように、その支柱１０１ａ
に円盤形状に形成した金属製の振動板１０２を溶接して
支持するとともに、この振動板１０２の上面にドーナツ
形状に形成した圧電素子１０３を同軸となるように接着
することにより構成されている。圧電素子１０３には、
表裏の両面に同軸となるように検出電極１０４が形成さ
れており、検出電極１０４の一方には振動板１０２が導
通接触されているとともに、他方の検出電極１０４には
ワイヤボンデイング等による半田１０５ａによって接続
されたワイヤ１０５を介して、外部のコネクタに接続す
る椀形状に形成した樹脂製の接続側ケース１０６に設け
られている接続ピン１０７に接続されている。なお、固
定側ケース１０１と接続側ケース１０６とは、互いの開
放端部１０１ｃ、１０６ｃを嵌合してかしめることによ
り、画成する振動空間内に振動板１０２と圧電素子１０
３を内装するとともに、開放端部１０１ｃ、１０６ｃの
間にＯリング１０８を挟み込んでその振動空間を防水構
造に組み立てている。

【０００４】また、この種の圧電型の加速度センサーと
しては、図９に示すようなもの（第２従来例）もある。
この加速度センサー１１０は、枠形状に形成した金属製
の固定側ケース１１１の開放端部１１１ｃに、円盤形状
に形成した金属ベース１１２を溶接して蓋をするととも
に、その上に外部コネクタに接続する接続ピン１０７を
設けられている円盤形状のコネクタ１１６を重ねてかし
めることにより、振動板１０２および圧電素子１０３を
収装する振動空間を画成するようになっており、この圧
電素子１０３を固設された振動板１０２は、固定側ケー
ス１１１に支柱を設けることなく、金属ベース１１２に
立設した支柱１１２ａに支持させるようになっている。
具体的には、振動板１０２および圧電素子１０３を双方
共にドーナツ形状に形成するとともに、コネクタ１１６
の樹脂材料により絶縁性を保持しつつ金属ベース１１２
の支柱１１２ａ内に接続ピン１０７を貫通させて、その
接続ピン１０７と圧電素子１０３の検出電極１０４に接
続円盤１１５を半田１１５ａにより固設することによっ
て、振動可能に支持するようになっている。なお、この
加速度センサー１１０では、固定側ケース１１１の内周
面と金属ベース１１２の外周面との間にＯリング１１８
を挟み込むことにより振動空間を防水構造に組み立てら
れており、振動板１０２や圧電素子１０３の振動を妨げ
ないように、接続円盤１１５の剛性は極力小さくするの
が好ましいが、接続円盤１１５に代えて、振動板１０２
を支柱１１２ａに溶接すると共に検出電極１０４にはワ
イヤ１０５により電気的に接続するようにすることもで
きる。

【０００５】これら加速度センサー１００、１１０は、
固定側ケース１０１、１１１の下面側に設けた雄ねじ１
０１ｂ、１１１ｂをねじ込んだエンジン等の検出対象の
振動を加えられたときに、振動板１０２の振動に応じて
圧電素子１０３に生じる電圧を固定側ケース１０１、１
１１や金属ベース１１２をアースとして検出電極１０４
から接続ピン１０７を介して取り出し、その加速度を検
出することができるようになっている。

【０００６】このような加速度センサーは、一定加速度
の振動に対する周波数特性を図１０に示すように、共振
点ｆ０付近では高いＱを得られる一方、中・低周波数領
域では平坦となる周波数特性であるので、一般的には、
使用目的に応じて平坦部またはｆ０近傍の振動出力を使
用するようになっており、実質的に使用帯域の上限はこ
の共振点ｆｏ近傍までとなる。なお、感度という面から
すると、図７に示す加速度センサー１００よりも、図９
に示す加速度センサー１１０の方が高感度化が可能であ
ることが実験的に分かっており、これは金属ベース１１
２上に振動板１０２が構成されているためであると考え
られ、金属ベース１１２が完全な剛体ではなく、加速度
により振動板１０２と同様に僅かではあるが振動するた
め、振動板１０２の振動がトランスのように機能して増
幅される様な働きをするためと考えられる。

【０００７】なお、圧電素子１０３に形成する電極とし
ては、小径の励振電極と大径の検出電極とに２分割して
同軸二重となるように形成してもよく、励振電極を介し
て圧電素子１０３に外部から交流電圧を印加することに
より圧電素子１０３の圧電効果により振動板１０２を振
動させ、この振動により生じる検出電極の電位からセン
サー機能の良否や故障の有無の自己診断あるいは検出レ
ベルの校正をすることができるようにしたものもある。
また、この従来技術では、中央に立設する支柱１０１
ａ、１１２ａにより振動板１０２を支持させるが、円盤
形状の周縁部をクランプするタイプや、棒状の振動板を
片持ちに固定するタイプなど種々の方式がある。また、
圧電素子１０３の検出電極１０４と接続ピン１０７との
間に電気インビーダンス変換器、アンプ、補正回路等の
電子部品を設けられているプリント基板をワイヤ１０５
によって接続して内蔵させるものもあり、固定側ケース
１０１、１１１などにアースを兼用する接続ピン１０７
のみの一端子タイプの他にも、そのアースを出力端子に
引き出した二端子タイプのものもある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな圧電型の加速度センサー１００の第１従来例にあっ
ては、検出出力を取り出すために、圧電素子１０３の検
出電極１０４と接続側ケース１０６の接続ピン１０７と
をワイヤ１０５の半田付けなどにより電気的に接続する
作業が必要になるので、組立作業を自動化することが困
難であり、コスト削減の妨げになってしまう。この接続
のために、リード線やワイヤボンデング等を使わずに圧
接接続する接触端子等による接触方式も考えられるが、
その接触端子には接触抵抗を下げるための金メッキ処理
等が必要となってしまい、安価に、かつ高信頼性を得る
ことが難しい、という問題があった。

【０００９】一方、圧電型の加速度センサー１１０の第
２従来例にあっては、接続ピン１０７は圧電素子１０３
の検出電極１０４に接続円盤１１５を固設して、電気的
かつ機械的に接続するので、組立作業を容易に自動化す
ることができるとともに、その圧電素子１０３を接着し
た振動板１０２は固定側ケース１１１の蓋をする関係に
なる金属ベース１１２の支柱１１２ａに支持させるの
で、第１従来例の加速度センサー１００よりも高感度化
が可能であり、ノッキング制御やエアバッグ制御などに
好適に車載することができる。

【００１０】しかし、この第２従来例の加速度センサー
１１０でも、特に１０ｋＨｚを越えるような高周波領域
では、環境温度が変化しても加速度を精度よく検出する
ことが難しくなると共に、加速度による振動以外のノイ
ズが影響してしまう、という課題がある。

【００１１】これは、高周波領域では振動伝達が加速度
ばかりではなく、ケース等を構成する部材における振動
伝達が影響するためと考えられ、その伝達時の位相特性
等により、耐振特性や温度特性に問題が生じるものと思
われる。

【００１２】具体的には、コネクタ１１６は樹脂製であ
ると共に、金属ベース１１２は物理的に完全剛体と考え
ることはできないことから、振動が生じて振動板１０２
に伝達し、また、コネクタ１１６（接続ピン１０７）に
連結した外部からの振動ノイズがそのコネクタ１１６お
よび金属ベース１１２を介して振動板１０２に伝達し、
加速度の検出に支障となる大きな振動ノイズとなって、
加速度の検出精度を劣化させることがあると考えられ
る。

【００１３】また、コネクタ１１６は、樹脂製であると
共に、固定側ケース１１１の開放端部１１１ｃに金属ベ
ース１１２を介してかしめて固定していることから、高
温時にコネクタ１１６の弛み等が生じて、金属ベース１
１２の振動の影響を受けて、温度特性の劣化につながる
ものと考えられる。

【００１４】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、比較的簡単な構造で、特に周波数の
高い共振周波数ｆｏ近傍を使用する場合に大きな効果を
得ることができる、高感度で、かつ安定した耐振性を有
する温度特性に優れた低価格で高い性能を有する加速度
センサーを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の加速度センサー
は、振動板の片面または両面に、ドーナツ形状に形成し
た圧電素子を固設して、加えられた加速度に応じた前記
振動板の振動により前記圧電素子に発生する電圧によっ
て前記加速度を検出する加速度センサーであって、前記
圧電素子および前記振動板を収装するケースを、前記圧
電素子を固設した前記振動板の中央部を支持する支柱を
立設されたベース部材と、前記圧電素子および前記振動
板を収装可能な枠形状に形成されて前記ベース部材に前
記枠形状端部を接合されることにより前記圧電素子およ
び前記振動板の振動空間を画成し前記加速度の検出対象
に固定するケース部材と、前記圧電素子の電極に電気的
に接続した接続用端子を前記ベース部材の外側まで引き
出して外部コネクタと接続可能に配設するコネクタ部材
とにより構成し、前記ケースとしての共振周波数を、前
記圧電素子および前記振動板の振動体としての共振周波
数の略３倍以上に設定するとともに、前記コネクタ部材
の素材として、曲げ弾性率が８×１０³（Ｍｐａ）以
上、かつ、対数減衰率が８（１／ｓ）以上の材料を選定
した構成を有している。

【００１６】この構成により、加速度を検出する圧電素
子および振動板は、ベース部材の支柱に支持された状態
で、そのベース部材の背面側のコネクタ部材に配設され
た接続用端子に圧電素子の電極を接続されるとともに、
検出対象に固定されたケース部材により画成される振動
空間内に、そのケース部材に直接支持されることなく収
装される。したがって、高感度な構造を採用しつつ、圧
電素子の電極と接続用端子を、フレキシブルなワイヤな
どによらずに、剛性を有する接続用金属片等により電気
的かつ機械的に接続することができ、組立作業の自動化
を実現してコスト低減を図ることができる。

【００１７】また、そのコネクタ部材は、曲げ弾性率お
よび対数減衰率が所定値以上の材料により作製されると
ともに、ケース全体としての共振周波数を、圧電素子お
よび振動板の振動体としての共振周波数の略３倍以上に
設定される。したがって、安定した温度特性にしつつ、
振動ノイズにも強くすることができる。

【００１８】この結果、比較的簡単に自動化することの
できる構造で、高感度かつ安定した温度特性を有する耐
振性に優れる加速度センサーを低コストに作製すること
ができる。

【００１９】ここで、本発明に係る加速度センサーは、
温度特性や耐振特性を向上させるために、前記コネクタ
部材の素材として液晶ポリマー系材料を用いるのが好適
である。また、ベース部材の振動変位が振動板の変位に
影響を与えないようにして、さらにバラツキの少ない高
安定化を図るために、前記ベース部材の前記ケース部材
との接合位置を前記振動板の外径の略１．４倍以下に設
定するとともに前記ベース部材の板厚を前記振動板の板
厚の略６倍以上に設定するのも好適である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説
明する。図１〜図６は本発明に係る加速度センサーの一
実施形態を説明する図である。

【００２１】まず、加速度センサーの構造を説明する。

【００２２】図１において、加速度センサー１０は、固
定用ケース１１と、振動板１２と、圧電素子１３と、金
属ベース１５と、接続用コネクタ１６と、Ｏリング１８
とを組み立てることにより作製されており、図９に示す
第２従来例と同様に、ドーナツ形状に形成した金属製の
振動板１２上に、略同一内径のドーナツ形状に形成して
表裏面に検出電極１４を成膜した圧電素子１３を同軸と
なるように接着されることにより、例えば、エンジン等
の検出対象の振動を加えられたときに、振動板１２を介
して与えられる応力歪みにより圧電素子１３に電荷
［Ｑ］が発生し、その圧電素子１３の静電容量［Ｃ］に
応じて生じる次式で示す大きさの電圧［Ｖ］を取り出
し、加えられた加速度を検出するようになっている。［Ｖ］＝Ｑ／Ｃ

【００２３】固定用ケース１１は、円形の底面を有する
有底の円筒枠形状に金属材料により形成されており、底
面中央に支柱を立設されることなく、振動板１２および
圧電素子１３の双方を収装可能な深さに形成され、その
下面にはエンジンなどの検出対象に設けられているねじ
穴に螺合させて固定する雄ねじ１１ｂを設けられてい
る。

【００２４】金属ベース１５は、圧電素子１３の反対側
の振動板１２に溶接する支柱１５ａを中央に立設された
固定用ケース１１と略同径の金属製の円盤形状に作製さ
れており、コネクタ１６は、その金属ベース１５と略同
等な円盤形状の円盤部１６ａに外部コネクタを連結固定
可能なコネクタ部１６ｂを樹脂材料の一体成形により作
製されている。

【００２５】このコネクタ１６は、金属ベース１５の支
柱１５ａ内を樹脂材料を貫通させて、その内部に外部コ
ネクタに接続する接続ピン（接続用端子）１７を通すこ
とにより、接続ピン１７を金属ベース１５などから電気
的に絶縁する状態で、圧電素子１３の検出電極１４の近
傍に露出させており、この接続ピン１７および検出電極
１４との間に接続円盤１９を半田１９ａにより電気的に
導通させた状態で固定することによって、振動板１２お
よび圧電素子１３を振動可能に支柱１５ａに支持させ、
圧電素子１３に生じた圧電［Ｖ］を接続ピン１７を介し
て外部に取り出すことができるようになっている。

【００２６】そして、この加速度センサー１０は、固定
用ケース１１の開放端面１１ｃ上に金属ベース１５を溶
接するとともに、その上にコネクタ１６を重ねて、開放
端外縁の延長部１１ｄをかしめてコネクタ１６角部の上
面を押さえることにより、振動板１２および圧電素子１
３を収装する振動空間Ｖを画成するようになっており、
この固定用ケース１１の底面中央には、圧電素子１３上
面よりも突出する接続円盤１９を収納可能な窪み部１１
ｅを形成して、振動板１２および圧電素子１３の固定用
ケース１１または金属ベース１５に対面する間隔を狭く
任意に設定することができるようになっている。なお、
Ｏリング１８は、固定用ケース１１の開放端延長部１１
ｄ内面と金属ベース１５の外面との間に挟み込まれて、
振動板１２および圧電素子１３を収装する振動空間Ｖの
防水性を確保する。

【００２７】したがって、加速度センサー１０は、図９
に示す第２従来例と略同様な構造に構築されており、振
動板１２および圧電素子１３を、固定用ケース１１に直
接支持させることなく、金属ベース１５側に支持させる
構造にすることにより、高感度にすることができると共
に、容易に自動化を図ることができる。

【００２８】このことから、加速度センサー１０を第２
従来例よりも安定して加速度を高精度に検出可能にする
には、その第２従来例における課題を解決する構成にす
ればよいことが分かる。このため、特に、１０ｋＨｚを
越えるような高周波領域においても、環境温度の変化に
よらずに、加速度による振動以外の振動伝達の位相特性
等によるノイズが発生することのないようにするため
に、次のような構成を採用する。

【００２９】振動板１２の外径φＡ１に対する固定
用ケース１１の内径を、その振動板１２等の振動を妨げ
ない程度に小さくして、金属ベース１５の固定用ケース
１１との溶接部Ｐの径φＡ２を極力小さく構成する。こ
の最適条件としては、溶接部Ｐの径Ａφ２を、振動板２
の外径φＡ１の約１．４倍以下に設定する。

【００３０】振動板１２の板厚ｔ１は薄くするのに
対して、金属ベース１５の板厚ｔ２は極力厚く構成す
る。この最適条件としては、金属ベース１５の板厚ｔ２
を、振動板１２の板厚ｔ１の約６倍以上に設定する。

【００３１】固定用ケース１１が内部に金属ベース
１５と共に画成する振動空間Ｖの高さＨを極力小さく構
成する。

【００３２】コネクタ１６の材質を曲げ弾性率が大
きく、かつ対数減衰率（内部抵抗・内部損失）が大きい
素材にする。最適条件としては、コネクタ１６を構成す
る樹脂材料として、曲げ弾性率が８×１０³（Ｍｐａ）
以上、かつ、対数減衰率が８（１／ｓ）以上のものを選
定する。例えば、ガラス約３０％、ミネラル（フィラ
ー）約２０％程度を混合した液晶ポリマー系素材が適し
ていることが実験的に確認されている。なお、このコネ
クタ１６は樹脂材料により作製することから耐熱性の高
い材料を選択することも必要条件の一つと言える。

【００３３】ここで、上記、、は、固定用ケース
１１および金属ベース１５の共振周波数ｆｏ１を、振動
板１２および圧電素子１３の使用共振周波数ｆｏの約３
倍以上にするための構成である。また、上記、は、
振動空間Ｖによるヘルムホルツの共鳴管現象、筐体隔壁
での定在波等の音響的な反共振（特性上生じるディッ
プ）による特性劣化を防止するための条件でもあり、つ
まり、振動空間Ｖを小さく構成することにより、前者を
使用帯域上限外にするとともに、後者を気室内の音響抵
抗の増加によりその発生を抑制するための条件である。
さらに、上記は、共振周波数を高くするために極力堅
い素材にするとともに振動振幅を小さくするためにＱの
低い高温時に変化の少ない安定素材でコネクタ１６を作
製することにより、コネクタ１６が振動板１２および圧
電素子１３の振動に影響を与えることを少なくするため
の条件である。

【００３４】次に、加速度センサー１０の寸法設計およ
び材料の選定を具体的に説明する。この加速度センサー
１０は、固定用ケース１１に金属ベース１５を溶接して
振動空間Ｖを画成するが、この振動空間Ｖに収装する振
動板１２および圧電素子１３が、次の寸法（単位：ｍ
ｍ）・特性で作製されている場合を一例に説明する。

【００３５】＜振動板１２＞外径φＡ１＝φ１６．９板厚ｔ１＝ｔ０．５ヤング率Ｅ＝２×１０¹¹（Ｎ／ｍ²）密度ρ＝７．８×１０³（ｋｇ／ｍ³）ポアソン比σ＝０．２８

【００３６】＜圧電素子１３＞外径＝φ１２．５板厚＝ｔ０．４５ヤング率Ｅ＝６．３×１０¹⁰（Ｎ／ｍ²）密度ρ＝７．６５×１０³（ｋｇ／ｍ³）ポアソン比σ＝０．３４

【００３７】これに対して、金属ベース１５単体を図２
（ａ）に示す寸法に設定するとともに、その金属ベース
１５を固定用ケース１１に、溶接部Ｐの径φＡ２がφ
４．３（ｍｍ）になるように溶接して、図２（ｂ）に示
す寸法の実験モデルを作製し（ヤング率Ｅ、密度ρ、ポ
アソン比σは、振動板１２と同一）、図中に△で示す位
置を拘束点として、温度特性や耐振特性を実測した。

【００３８】この条件においては、共振周波数ｆｏを１
４（ｋＨｚ）に設定する、高周波の加速度を測定対象に
する場合にも、図３に示すように、実用上問題がないこ
とが確認された。ここでの、実用上問題がないとするの
は、例えば、常温に対する高温時の変化が次に示す範囲
内のレベルであるか否かで判断する。なお、目的によっ
て、このレベルが変化することはいうまでもない。共振周波数ｆｏの変化：２％以下感度Ｖｏの変化：１０％以下Ｑ（ｄＢ）の変化：１ｄＢ以下振動ノイズによる感度変化：２ｄＢ以下

【００３９】これは、金属ベース１５の溶接部Ｐの径
Ａφ２を振動板２の外径φＡ１の約１．４倍以下に、
金属ベース１５の板厚ｔ２を振動板１２の板厚ｔ１の約
６倍以上に、固定用ケース１１および金属ベース１５
の画成する振動空間Ｖの高さＨを極力小さく構成するこ
とにより、固定用ケース１１および金属ベース１５のケ
ースとしての共振周波数ｆｏ１が振動板１２および圧電
素子１３の振動体としての共振周波数ｆｏよりも十分高
くなったためであり、振動伝達が位相等の影響を受け
ず、かつ感度Ｖｏが主に振動体の変位のみで決定される
ようになったためであると考えられる。

【００４０】一方、図９に第２従来例として、例えば、
金属ベース１１２単体を図５（ａ）に示す寸法に作製す
るとともに、その金属ベース１５を固定用ケース１１１
に溶接して、図５（ｂ）に示す寸法の実験モデルを作製
したところ、共振周波数ｆｏが約１１（ｋＨｚ）を超え
たところで、加速度を精度よく検出することができなく
なる温度特性や耐振特性の劣化が生じて、目的の共振周
波数ｆｏを１４（ｋＨｚ）に設定する測定対象では、図
６に示すように、実用化することが困難な結果であっ
た。

【００４１】これらの実験より確認された結果からする
と、図５に示すように、第２従来例のｆｏ１が約３４ｋ
Ｈｚに対して、ｆｏが１１ｋＨｚ付近以上の高周波領域
で特性劣化が現れることから、ケースの共振周波数ｆｏ
１は振動体による測定対象の共振周波数ｆｏの約３倍以
上が望ましいことが分かった。つまり、測定対象に合わ
せてｆｏを１１ｋＨｚに設定するときには、その３倍以
上のｆｏ１の共振周波数を有する実力を要し、ｆｏが１
４ｋＨｚのときには、図２に示すように、その３倍以上
のｆｏ１の共振周波数を有する実力を要することが分か
る。

【００４２】また、金属ベース１５は、固定用ケース１
１との溶接部Ｐの径φＡ２を小さくすると、金属ベース
１５自体の変位が小さくなるため安定度が向上して、必
然的に感度Ｖｏは小さくなるが、実用的安定度で第１従
来例の構成よりも２〜３（ｄＢ）程度以上は高くできる
ことを確認している。なお、ケースとしての共振周波数
ｆｏ１を高くする方法としては、本実施形態の寸法設定
に限らないことはいうまでもなく、また、材質に制振特
性を有するものを選択するなど本実施形態以外にも考え
られる。

【００４３】次に、金属ベース１５の溶接部Ｐの径φＡ
２と板厚ｔ２との関係について説明する。

【００４４】振動板１２と圧電素子１３の振動体として
の共振周波数ｆｏと感度Ｖｏは主に振動板１２および圧
電素子１３自体の振動特性の合成で決定されるが、各々
の定数から、主体となるのは振動板１２と考えられる。
また、加速度センサー１０のＱを小さくするためには、
図１に図示するように、圧電素子１３の外径を振動板１
２の外径よりも小さく構成することが多いが、特に、こ
のような条件の場合には、共振周波数ｆｏと感度Ｖｏは
振動板１２を主体に決定される。このため、振動板１２
を基準に最適条件を考えることのが有効である。

【００４５】このことから、金属ベース１５の溶接部Ｐ
の径φＡ２と振動板１２の外径φＡ１を変化させる実験
を、図２に示す条件と下記のように同様に設定して行っ
たところ（単位ｍｍ）、図４に示す実験結果が得られ
た。

【００４６】＜振動板１２＞外径φＡ＝φ１６．９板厚ｔ１＝ｔ０．５

【００４７】＜圧電素子１３＞外径＝φ１２．５板厚＝ｔ０．４５

【００４８】＜金属ベース１５＞板厚ｔ２＝ｔ３．３

【００４９】この実験結果からすると、溶接部Ｐの径φ
Ａ２は、振動板１２の外径φＡ１の約１．４倍以下に設
定することが実用レベルを確保することができて最適で
あることが分かる。また、約１．３倍以下の方が一層好
適であることも分かる。一方、金属ベース１５の板厚ｔ
２については、溶接部Ｐの径φＡ２によっても違ってく
るが、金属ベース１５の板厚ｔ２がｔ３．３ｍｍに対し
て振動板１２の板厚ｔ１がｔ０．５ｍｍのときに上記最
適条件を得られていることから、振動板１２の板厚ｔ１
の約６倍以上とする必要があるといえる。

【００５０】このように、図１に示す本実施形態のよう
に、金属ベース１５の溶接部Ｐの径φＡ２を振動板１２
の外径φＡ１の約１．４倍以下とし、かつ金属ベース１
５の板厚ｔ２を振動板１２の板厚ｔ１の約６倍以上に構
成することにより、金属ベース１５の振動変位が振動板
１２の変位に影響を与えないようにすることができ、さ
らにバラツキ少なく加速度の検出を安定化することがで
きることが分かる。

【００５１】次に、コネクタ１６は、各種材料による実
験結果から、上記条件のように、曲げ弾性率が８×１
０³（Ｍｐａ）以上、かつ、対数減衰率が８（１／ｓ）
以上の樹脂材料により作製するのが、温度特性を改善し
て安定化することができるとともに対外部振動ノイズに
も強くすることができて最適である。特に、液晶ポリマ
ー系素材が耐熱性・耐振性等の点で一般の防振材入りの
ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やナイロン等に
比較して、さらに安定化することができて優位であり、
例えば、ガラス約３０％、ミネラル（フィラー）約２０
％程度を混合した液晶ポリマー系素材が耐熱性にも優れ
て適していることが確認された。なお、本実施形態で
は、樹脂材料の性質を曲げ弾性率と対数減衰率で表現し
ているが、その効果は相乗的なものであり、一方が大き
かったりすれば、多少の値の違いは生じることになる
が、この場合でも本発明の主旨と同一であると言える。

【００５２】この結果、加速度センサー１０としては、
コネクタ１６の耐熱性を改善し、共振周波数を上げて振
動に強くすることができ、また、大きな内部抵抗・内部
損失によりそのＱを小さくするとともに、振動を抑制す
ることにより、温度に対する安定度の向上および接続ピ
ン１７等からの外部振動によるノイズレベルの低下を実
現することができる。

【００５３】このように本実施形態においては、振動板
１２および圧電素子１３の振動体をを、エンジン等の検
出対象に固定する固定用ケース１１に直接支持させるの
ではなく、その固定用ケース１１の端部に溶接して振動
板１２および圧電素子１３の振動空間Ｖを画成する金属
ベース１５に支持させることにより、高感度の自動組立
可能な構造にすることができ、安価に組立作製すること
ができる。

【００５４】そして、加速度センサー１０を構成する振
動板１２、固定用ケース１１および金属ベース１５の寸
法設定により、ケース全体としての共振周波数を、振動
板１２および圧電素子１３の共振周波数の略３倍以上に
し、また、コネクタ１６の曲げ弾性率および対数減衰率
が所定値以上になるように材質を選定することによっ
て、温度特性を安定化させることができるとともに振動
ノイズによる影響を受けることがないようにすることが
できる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、圧電素
子および振動板を、固定側のケース部材に直接支持させ
ることなく、外部コネクタとの接続用のコネクタ部材側
のベース部材に支持させる構造を採用し、コネクタ部材
の曲げ弾性率および対数減衰率が所定値以上の材料にす
るとともに、ケース全体としての共振周波数を、使用範
囲の共振周波数の略３倍以上に設定することにより、高
感度の自動組立可能な構造において、温度特性を安定化
させることができるとともに振動ノイズによる影響を受
けることがないようにすることができる。したがって、
低価格で高い性能を有する加速度センサーを提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る加速度センサーの一実施形態を示
す図であり、その全体構成を示す縦断面図である。

【図２】その寸法設定を説明する断面モデル図である。

【図３】その特性の測定結果を示す図である。

【図４】その要部の寸法設定の実験を説明する表であ
る。

【図５】その第２従来例の寸法設定を説明する断面モデ
ル図である。

【図６】その第２従来例の特性の測定結果を示す図であ
る。

【図７】その従来技術の第１従来例を示す縦断面図であ
る。

【図８】その要部を示す斜視図である。

【図９】その従来技術の第２従来例を示す縦断面図であ
る。

【図１０】その周波数特性例を示すグラフである。

【符号の説明】

１０加速度センサー１１固定用ケース１２振動板１３圧電素子１４検出電極１５金属ベース１５ａ支柱１６コネクタ１７接続ピン１８Ｏリング１９接続円盤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動板の片面または両面に、ドーナツ形
状に形成した圧電素子を固設して、加えられた加速度に
応じた前記振動板の振動により前記圧電素子に発生する
電圧によって前記加速度を検出する加速度センサーであ
って、前記圧電素子および前記振動板を収装するケースを、前
記圧電素子を固設した前記振動板の中央部を支持する支
柱を立設されたベース部材と、前記圧電素子および前記
振動板を収装可能な枠形状に形成されて前記ベース部材
に前記枠形状端部を接合されることにより前記圧電素子
および前記振動板の振動空間を画成し前記加速度の検出
対象に固定するケース部材と、前記圧電素子の電極に電
気的に接続した接続用端子を前記ベース部材の外側まで
引き出して外部コネクタと接続可能に配設するコネクタ
部材とにより構成し、前記ケースとしての共振周波数を、前記圧電素子および
前記振動板の振動体としての共振周波数の略３倍以上に
設定するとともに、前記コネクタ部材の素材として、曲げ弾性率が８×１０
³（Ｍｐａ）以上、かつ、対数減衰率が８（１／ｓ）以
上の材料を選定することを特徴とする加速度センサー。
【請求項２】前記コネクタ部材の素材として、液晶ポ
リマー系材料を用いたことを特徴とする請求項２に記載
の加速度センサー。
【請求項３】前記ベース部材の前記ケース部材との接
合位置を、前記振動板の外径の略１．４倍以下に設定す
るとともに、前記ベース部材の板厚を、前記振動板の板
厚の略６倍以上に設定したことを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の加速度センサー。